RU2790355C1 - Источник бесперебойного питания - Google Patents
Источник бесперебойного питания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790355C1 RU2790355C1 RU2022109349A RU2022109349A RU2790355C1 RU 2790355 C1 RU2790355 C1 RU 2790355C1 RU 2022109349 A RU2022109349 A RU 2022109349A RU 2022109349 A RU2022109349 A RU 2022109349A RU 2790355 C1 RU2790355 C1 RU 2790355C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- power supply
- transformer
- inverter
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий, автономных систем электроснабжения, частных домохозяйств для бесперебойного питания переменным напряжением при неноминальном входном напряжении или при кратковременном его отсутствии. Технический результат заключается в улучшении защиты от изменений величины и формы входного напряжения, формировании синусоидального выходного напряжения высокого качества при питании как от сети, так и от аккумуляторной батареи, интегрировании в интеллектуальную сеть электроснабжения при малых габаритах устройства. Технический результат достигается предлагаемым источником бесперебойного питания, содержащим входной выпрямитель, выходной инвертор, входной и выходной пассивные фильтры, байпас, блок аккумуляторных батарей. Для регулирования напряжения постоянного тока между входным выпрямителем и выходным инвертором установлен двойной активный мост, состоящий из высокочастотного инвертора, выпрямителя и находящихся между ними двух высокочастотных трансформаторов. Один трансформатор имеет коэффициент трансформации 3:2 и предназначен для режима работы от сети, а второй трансформатор имеет коэффициент трансформации 10:1 и предназначен для режима работы с блоком аккумуляторных батарей. Выбор трансформатора осуществляется двухпозиционным ключом в зависимости от того, откуда происходит питание нагрузки - первый трансформатор работает при питании от сети, второй при работе с блоком аккумуляторных батарей, тем самым уменьшаются размеры устройства за счет отказа от зарядного устройства и инвертора для аккумуляторных батарей и обеспечивается дополнительная надежность за счет гальванической развязки. 7 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения промышленных предприятий, автономных систем электроснабжения, частных домохозяйств для бесперебойного питания переменным напряжением при неноминальном входном напряжении или при кратковременном его отсутствии.
Известен источник бесперебойного электропитания (патент РФ 114564), содержащий выпрямитель, подключенный к питающей сети переменного напряжения. Выпрямитель соединен с нагрузкой через последовательно включенные в линию основного питания зарядное устройство и разрядное устройство. Зарядное устройство обеспечивает заряд аккумуляторной батареи, разрядное устройство служит для обеспечения питания нагрузки от аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея подключена к разрядному устройству через блок защиты от глубокого разряда и блокирующий диод в его прямом направлении. Основным недостатком источника является последовательное включение в линию основного питания зарядного устройства и разрядного устройства. Это приводит к тому, что указанные устройства, в схему которых входят энергозатратные элементы, постоянно работают и при наличии, и при отсутствии в сети нормального напряжения, что снижает энергоэффективность источника бесперебойного электропитания и надежность его работы.
Известен источник бесперебойного энергоснабжения (патент РФ 180664), который содержит основную линию питания для соединения внешнего источника питания с нагрузкой, зарядное устройство, соединенное с аккумуляторной батареей, соединенной с разрядным устройством. Зарядное и разрядное устройства электрически параллельно подключены к основной линии питания. При сбое питающего напряжения разрядное устройство берет питание с аккумуляторной батареи и повышает напряжение до соответствующего уровня, необходимого для питания нагрузки. В данном источнике снижены электрические потери за счет параллельного подключения к основной линии питания разрядного и зарядного устройств. Однако наличие в схеме разрядного устройства, в состав которого входят энергозатратные элементы, снижает энергоэффективность источника питания.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является источник бесперебойного питания (патент РФ 125408), содержащий выпрямитель, ко входу которого подсоединена сеть, а выход соединен с аккумулятором для его заряда, при этом аккумулятор питает низкочастотный инвертор напряжения, выход которого подключен к нагрузке, отличающийся тем, что аккумулятор питает через блок ключей высокочастотный инвертор напряжения, а преобразованная энергия передается с высокочастотного инвертора напряжения на тороидальный трансформатор с ферритовым сердечником, к вторичной обмотке которого подсоединены последовательно выходной выпрямитель и фильтр, при этом выход фильтра соединен с низкочастотным инвертором напряжения, который, в свою очередь, соединен через блок ключей с нагрузкой. Недостатком данного устройства является тот факт, что аккумуляторная батарея имеет номинальное напряжение 12 или 24 В, а напряжение сети составляет 220 В, таким образом выпрямитель должен содержать также трансформатор, что увеличивает его массу, габариты и стоимость. Использование аккумуляторной батареи на 200 В является экономически нецелесообразным и небезопасным для потребителя.
Цель изобретения - увеличения качества и безопасности работы источника бесперебойного питания за счет двойного активного моста с двумя гальваническими высокочастотными развязками, позволяющая работать как от сети, так и от аккумуляторной батареи без зарядного устройства и отдельного преобразователя для аккумулятора.
Технический результат заключается в улучшении защиты от изменений величины и формы входного напряжения, формировании синусоидального выходного напряжения высокого качества при питании как от сети, так и от аккумуляторной батареи, интегрировании в интеллектуальную сеть электроснабжения при малых габаритах устройства.
Техническая задача решается предлагаемым источником бесперебойного питания, содержащим входной выпрямитель, выходной инвертор, входной и выходной пассивные фильтры, байпас, блок аккумуляторных батарей, который отличается тем, что для регулирования напряжения постоянного тока между входным выпрямителем и выходным инвертором установлен двойной активный мост, состоящий из высокочастотного инвертора, выпрямителя и находящегося между ними двумя высокочастотными трансформаторами, при этом один трансформатор имеет коэффициент трансформации 3:2 и предназначен для режима работы от сети, а второй трансформатор имеет коэффициент трансформации 10:1; выбор трансформатора осуществляется двухпозиционным ключом в зависимости от того, откуда происходит питание нагрузки - первый трансформатор работает при питании от сети, второй при работе с блоком аккумуляторных батарей. Высокочастотный трансформатор в несколько раз меньше по габаритам, чем трансформатор, работающий на промышленной частоте.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема источника бесперебойного питания.
На фиг. 2 представлен принцип работы источника бесперебойного питания в режиме эконом.
На фиг. 3 представлен принцип работы источника бесперебойного питания в прямом режиме.
На фиг. 4 представлен принцип работы источника бесперебойного питания в автономном режиме.
На фиг. 5 представлен принцип работы источника бесперебойного питания в режиме накопителя.
На фиг. 6 представлен принцип работы источника бесперебойного питания в режиме источника.
На фиг. 7 представлена принципиальная схема входного и выходного мостов.
Источник бесперебойного питания состоит из входного выпрямителя 1, двойного активного моста, в состав которого входит инвертор 2, высокочастотный трансформатор 3 и управляемый мостовой выпрямитель 4, выходного инвертора 5, входного 6 и выходного 7 пассивных фильтров. Источник бесперебойного питания подключается к внешней сети 8 и к нагрузке 9. Блок аккумуляторных батарей 10 может быть подключен в входу или к выходу двойного активного моста через трехпозиционный электронный ключ 11. Между входным пассивным фильтром 6 и нагрузкой 9 находится байпас 12. Высокочастотный трансформатор 13 имеет меньшую мощность и предназначен для согласования уровней напряжения между блоком аккумуляторных батарей 10 и сетью/нагрузкой. Переключение трансформаторов между собой осуществляется с помощью двухпозиционного ключа 14. В качестве полупроводниковых ключей может быть использовано IGBT-транзисторы или MOSFET-транзисторы. Аппаратная реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью существующих силовых электротехнических, электронных и микропроцессорных устройств, при надлежащем выборе и настройке соответствующих параметров.
Предлагаемый источник бесперебойного питания имеет следующие режимы работы:
- если напряжение сети в пределах нормы, то устройство работает в режиме эконом;
- если сетевое напряжение отклонено от номинального значения, но находится в допустимом для регулирования диапазоне, то устройство работает в прямом режиме;
- если сетевое напряжение отсутствует или вышло за пределы допустимого для регулирования диапазона, то устройство работает в автономном режиме;
- если нагрузка не подключена, то устройство может накапливать электроэнергию в ночное время и отдавать ее во внешнюю сеть в пиковые режимы потребления, то устройство работает в режиме накопителя.
- если блок аккумуляторных батарей или вместо них подключенные солнечные панели позволяет отдавать электроэнергию во внешнюю сеть в пиковые режимы потребления, то устройство работает в режиме источника.
Источник бесперебойного питания в зависимости от режима работает следующим образом:
1. Режим эконом. Напряжение поступает из внешней сети 8 на нагрузку 9 через входной пассивный фильтр 6 и байпас 12, на управляющие входы полупроводниковых ключей входного выпрямителя не подаются сигналы и напряжение через него не проходит. В этом режиме может происходить заряд батареи через выходной фильтр, мост 5, который будет работать как выпрямитель и двойной активный мост, работающего в противоположном направлении (мост 4 выступает в роли инвертора, подающего высокочастотное напряжение на трансформатор 13 и мост 2, выступающего в роли выпрямителя). Ключ 14 находится в нижнем положении. Трансформатор 13 понижает напряжение с 220 В до 20 В.
2. Прямой режим. В данном режиме работы отключается байпас 12, ключ 14 переключается в верхнее положение, ключ 11 находится в нейтральном положении, и аккумуляторная батарея 12 отключена. Напряжение, поступающее из сети, 8 защищается от высокочастотных помех, генерируемых с полупроводниковыми преобразователями, с помощью входного пассивного фильтра 6, поступает на входной выпрямительный мост 1. С выхода выпрямителя избавленное от внешних искажений постоянное напряжение подается на двойной активный мост (инвертор 2, высокочастотный трансформатор 3 и управляемый мостовой выпрямитель 4), где происходит регулирование величины напряжения. Преобразованное постоянное напряжение подается на инвертор 5, который снабжен широтно-импульсной модуляцией и генерирует выходное переменное напряжение. Выходной фильтр 7 служит для уменьшения гармонических искажений и придание выходному сигналу с инвертора синусоидальной формы.
3. Автономный режим. В данном режиме работы трехпозиционный ключ 11 находится в левом положении, двухпозиционный ключ 14 в нижнем положении, байпас 12 отключен. Напряжение от блока аккумуляторов 10 подается на мост 2, выполняющий функции высокочастотного инвертора. Высокочастотное напряжение подается на повышающий трансформатор 13, где происходит повышение напряжение до сетевого. Далее напряжение выпрямляется с помощью выпрямительного моста 4, а затем поступает на инвертор 5 и выходной пассивный фильтр 7, где преобразуется в выходное переменное напряжение с высокими показателями качества. Входной выпрямитель 1 находится в выключенном состоянии и связи с внешней сетью 8 нет.
4. Режим накопителя. В данном режиме работы трехпозиционный ключ 11 находится в правом положении, двухпозиционный ключ 14 в верхнем положении, байпас 12 отключен. Напряжение от сети 8 подается на входной пассивный фильтр 6, затем выпрямляется входным мостом 1 и подается на двойной активный мост, состоящий из инвертора 2, трансформатора 3 и выпрямителя 4, в котором происходит понижение напряжения до уровня заряда аккумуляторных батарей. Выходной инвертор 5 выступает как электронный ключ и не позволяет напряжению подаваться на нагрузку 9.
5. Режим источника. В данном режиме работы трехпозиционный ключ 11 находится в левом положении, двухпозиционный ключ 14 в нижнем положении, байпас 12 включен. Напряжение от блока аккумуляторов 10 подается на мост 2, выполняющий функции высокочастотного инвертора. Высокочастотное напряжение подается на повышающий трансформатор 13, где происходит повышение напряжение до сетевого. Далее напряжение выпрямляется с помощью выпрямительного моста 4, а затем поступает на выходной инвертор 5 и выходной пассивный фильтр 7, где преобразуется в выходное переменное напряжение с высокими показателями качества. Полученное переменное напряжение подается в сеть 8 через байпас 12.
Claims (1)
- Источник бесперебойного питания содержит входной выпрямитель, выходной инвертор, входной и выходной пассивные фильтры, байпас, блок аккумуляторных батарей, который отличается тем, что для регулирования напряжения постоянного тока между входным выпрямителем и выходным инвертором установлен двойной активный мост, состоящий из высокочастотного инвертора, выпрямителя и находящихся между ними двух высокочастотных трансформаторов, при этом один трансформатор имеет коэффициент трансформации 3:2 и предназначен для режима работы от сети, а второй трансформатор имеет коэффициент трансформации 10:1; выбор трансформатора осуществляется двухпозиционным ключом в зависимости от того, откуда происходит питание нагрузки, - первый трансформатор работает при питании от сети, второй - при работе с блоком аккумуляторных батарей.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790355C1 true RU2790355C1 (ru) | 2023-02-16 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1538907A3 (ru) * | 1985-02-15 | 1990-01-23 | Эксид Электроникс Интернэшнл Корп. (Фирма) | Источник бесперебойного питани |
| US6479970B2 (en) * | 2001-04-03 | 2002-11-12 | Anantha B. Reddy | Un-interruptible power supply |
| RU125408U1 (ru) * | 2012-07-26 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ) | Источник бесперебойного питания |
| WO2013149458A1 (zh) * | 2012-04-01 | 2013-10-10 | 广东易事特电源股份有限公司 | 基于自耦移相变压器和双六脉波整流的ups电源 |
| RU180664U1 (ru) * | 2017-05-30 | 2018-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" | Источник бесперебойного энергоснабжения |
| CN213752299U (zh) * | 2020-12-31 | 2021-07-20 | 佛山市欧立电子有限公司 | 一体化隔离变压器及ups电源 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1538907A3 (ru) * | 1985-02-15 | 1990-01-23 | Эксид Электроникс Интернэшнл Корп. (Фирма) | Источник бесперебойного питани |
| US6479970B2 (en) * | 2001-04-03 | 2002-11-12 | Anantha B. Reddy | Un-interruptible power supply |
| WO2013149458A1 (zh) * | 2012-04-01 | 2013-10-10 | 广东易事特电源股份有限公司 | 基于自耦移相变压器和双六脉波整流的ups电源 |
| RU125408U1 (ru) * | 2012-07-26 | 2013-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ) | Источник бесперебойного питания |
| RU180664U1 (ru) * | 2017-05-30 | 2018-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" | Источник бесперебойного энергоснабжения |
| CN213752299U (zh) * | 2020-12-31 | 2021-07-20 | 佛山市欧立电子有限公司 | 一体化隔离变压器及ups电源 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6930897B2 (en) | Fuel cell inverter | |
| RU2473159C1 (ru) | Преобразователь электрической мощности | |
| Tao et al. | Three-port triple-half-bridge bidirectional converter with zero-voltage switching | |
| US11616451B2 (en) | Pre-chargeable DCDC conversion circuit | |
| CN102005928B (zh) | 光伏高频隔离升压软开关dc/dc变换器及其控制方法 | |
| US20100181963A1 (en) | Battery Charger and Method for its Operation | |
| US11632056B2 (en) | Off-grid phase splitter and inverter system | |
| EP4089874A1 (en) | Online interactive uninterruptible power supply and method for control thereof | |
| CN112350389A (zh) | 一种车载充电机与dc/dc的集成控制电路 | |
| KR20110133808A (ko) | 에너지 저장 시스템 | |
| RU2513547C1 (ru) | Статический обратимый преобразователь для питания потребителей переменного и постоянного тока | |
| Burlaka et al. | Bidirectional single stage isolated DC-AC converter | |
| Gorla et al. | Analysis and implementation of a three-phase matrix-based isolated AC-DC converter with transformer leakage energy management | |
| WO2018139200A1 (ja) | 電力変換装置及びパワーコンディショナ | |
| RU2732280C1 (ru) | Источник бесперебойного питания - статический обратимый преобразователь для питания потребителей переменного и постоянного тока и заряда (подзаряда) аккумуляторной батареи | |
| CN117672692A (zh) | 一种电子电磁组合式变压器及其控制方法 | |
| RU2790355C1 (ru) | Источник бесперебойного питания | |
| KR20220044996A (ko) | 차량-그리드-홈 전력 인터페이스 | |
| JP3330232B2 (ja) | 交直流無停電電源装置 | |
| US11689092B1 (en) | Grid connected three phase PV power conversion system utilizing adaptive LLC resonant inverter, high frequency isolation transformer, modular unfolding inverter, and controller | |
| CN107800185B (zh) | 在线式不间断电源 | |
| CN110957800B (zh) | 电梯供电系统的供电控制方法以及电梯供电系统 | |
| CN113315220A (zh) | 一种不间断直流供电装置及控制方法 | |
| KR100322763B1 (ko) | 인버터 겸용 충전기 | |
| CN101795058A (zh) | 三相单级功率因数校正电路起动与磁复位方法及实现电路 |